강화재의 복잡한 배열로 인하여 복합재 구조에 대한 유한요소 모델링은 상당히 까다로운 문제가 될 수 있다. 본 논문에서는 복합재 구조에 대하여 효율적으로 주기 격자망을 생성시킬 수 있는 기법을 제안한다. 먼저 육면체 유한요소로 구성된 규칙적인 격자망을 준비하고, 이를 복합재 내의 강화재에 대한 표면 정보에 맞추어 깎아낸다. 강화재와 기지재 사이에서 깎여진 육면체 유한요소는 임의의 절점과 면을 가질 수 있는 다면체 유한요소에 해당한다. 일관된 알고리즘을 이용하여 육면체 유한요소를 깎아내기 때문에 강화재와 기지재 사이의 요소는 자동적으로 적합한 형태로 구성된다. 또한 대표체적영역 내에서 강화재의 주기성을 추가적으로 고려하면, 대표체적영역에 대한 각각의 주기 경계 쌍에서 절점과 요소의 형태가 모두 일치하는 주기 격자망을 효율적으로 생성시킬 수 있다. 그러므로 별도의 처리 없이 대표체적영역에 주기 경계조건을 부여할 수 있다. 수치예제에서는 본 논문에서 제안한 기법의 효용성을 검증한다.
석유 및 천연가스 생산에 사용되는 고정식 해양플랜트에는 자켓 구조물이 가장 많이 사용되고 있다. 생산에 사용되는 자켓 구조물은 풍하중이나 파랑하중에 의해 인명의 피해 없이 변위 및 응력에 대해 안전해야 한다. 그러나 1940년대 후반부터 사용되어 온 자켓 구조물은 피로하중, 노후화로 인해 내구성에 문제가 생기고 있다. 본 논문에서는 자켓 구조물의 안전성을 검토하기 위해 모드형상을 이용하여 자켓 구조물의 손상 위치를 탐색하는 방법을 제시한다. 제시한 손상탐지기법의 효용성을 입증하기 위해 자켓 구조물의 유한요소모델에 임의의 손상을 모사하였다. 유한요소모델의 손상 전 모드형상과 손상 후 모드형상의 모달 변형에너지의 변화를 이용하여 손상 지수를 유도하고 유도한 손상지수를 사용하여 손상이 있는 부재와 손상이 없는 부재를 분류하였다. 연구 결과 손상지수가 '0'인 부재를 제외한 나머지 부재 모두 본 연구에서 제시한 손상탐지기법으로 손상 부재를 판별할 수 있었다.
최근 초고층 구조물은 다양한 형태에 따른 건축 계획 및 설계에 대한 요구되어지며 이를 충족시키기 위해 다양한 구조시스템이 개발되어지고 있다. 특히 경사기둥은 구조물의 높이가 증가할수록 구조물의 면적이 점차적으로 감소하는 Tapered 형태의 비정형 초고층 구조물의 중요한 설계 및 구조요소이다. 본 논문에서는 경사기둥의 축하중에 의해 발생하는 수평력으로 인한 접합부의 영향 및 보 플랜지의 취성파괴에 대한 저항성능을 평가하기 위하여 강구조물 경사기둥 접합부에 대한 유한요소해석을 수행하였다.
본 연구 목적은 고등학교 1학년 기술 가정교과서의 가족관련 내용이 있는 '가정생활의 설계' 단원에서 가족이 어떠한 관점으로 접근되어 있는지를 구조기능론 발달론 관점과 건강가정 관점으로 비교분석하여 가족 관점에 대한 개선점을 파악하는 것이다. 가족구조, 가족역할, 발달주기, 가족관계, 노후적응, 결혼과 출산이라는 6가지로 분석요소를 구성하였다. 가족구조, 가족역할에서는 본문과 참고자료를 대상으로 심층분석하였고, 사진과 그림, 본문과 참고자료의 가족 예를 대상으로는 계량분석하였다. 그리고 나머지 분석요소에서는 본문과 참고자료를 대상으로 심층분석하였다. 심층 분석에서 건강가정 관점이 구조기능론 관점보다 많게 나온 분석요소는 가족역할, 가족구조, 결혼과 출산, 노후적응순이었고, 구조기능론이 건강가정 관점보다 많이 나온 분석요소는 가족관계였으며 발달주기 분석요소에서는 발달론 관점이 건강가정 관점보다 많게 나타났다. 그리고 가족구조 계량분석에서 사진과 그림은 구조기능론 관점으로, 본문과 참고자료는 건강가정 관점으로, 가족역할 계량분석에서 사진과 그림, 본문과 참고자료는 구조기능론 관점으로 나타났다. 전체적으로 구조기능론 발달론 관점과 건강가정 관점이 비슷하게 나타나서 고등학교 가족 관련 단원은 구조기능론 발달론 관점과 건강가정 관점으로 접근하였음을 알 수 있다. 교과서 개정이 수시로 이루어지고 건강가정 관점으로 교과서를 집필하며 교사는 구조기능론 관점으로 접근된 내용을 건강가정 관점으로 접근하고 건강가정 관점의 학습자료 및 교수학습 방법을 개발 적용해야 한다고 사료된다.
구조설계 실무 현장에서의 구조해석 모델링 방법을 조사해 보면, 대부분의 경우, 삼차원 구조해석을 위해 슬래브를 판요소를 이용한 메쉬의 형태로 모형화 하고, 전단벽을 쉘요소 또는 벽요소를 사용하여 모형화 하고 있다. 여기서 주목할 점은 해석모형 작성의 편의성을 위하여 전단벽을 층과 층 및 기둥선과 기둥선 사이에 존재하는 한 개의 요소로 모형화 한다는 것이다. 이와 같은 모형화 방법은 사용되는 컴퓨터 프로그램에 따라 해석 오류를 발생시킬 수 있으며, 이러한 오류는 해석 결과의 신뢰성을 저하시키게 된다. 따라서 구조해석의 신뢰성을 확보하기 위해서는 이러한 오류가 발생하는 원인을 조사하고 합리적인 모형화 방법을 찾기 위한 연구가 필요하다. 원인 분석을 위한 비교 대상 해석 프로그램은 MIDAS와 SAP2000 및 neoMAX등과 같은 상용프로그램과 요소의 강성을 추측하기 위해 연구용인 sNs를 사용하였다. 본 연구에서는, 구조해석 실무현장에서 사용하고 있는 전단벽 모형화 방법에 따른 해석오류의 원인들을 분석해 보고자 한다. 또한 이러한 분석 결과를 바탕으로 전단벽 모형화를 위한 몇 가지 고려사항들을 제시하고자 한다.
지반-말뚝-구조의 상호작용을 정밀하게 해석하기 위해서는 토층, 말뚝 그리고 구조물의 적절한 묘사가 필요하다. 일반적으로 사용하는 유한요소해석의 경우에는 지반이나 구조물의 물성이 바뀌는 경계를 따라서 요소의 경계가 정해지게 된다. 그러나 실제로는 토층 단면과 말뚝의 형상이 매우 복잡하여 요소의 배열이 매우 어려운 작업이 될 수 있다. 이 어려움을 해결하기 위하여, 이 논문에서는 불연속선의 위치에 관계없이 규칙적인 요소를 사용하여 쉽게 적분을 가능하게 하는 다른 적분 방법을 채택하였다. 이 방법을 적용함으로 써 요소는 매우 빠르고 규칙적인 강성 매트릭스를 만든다. 구조물 응답에 대한 토층과 말뚝의 영향을 조사하였고, 예를 통하여 본 방법의 유효성을 보였다. 탄성 말뚝의 사용으로 20% 대의 가속도 감소 효과를 얻었고 지반 층의 모양에 따라 그 영향이 변하는 것을 확인하였다.
본 고에서는 고층 구조에서 적용될 수 있는 수평 구조 시스템과 그동안 사용되어온 여러 고층구조 형식을 소개하고, 각 구조형식의 구조적 거동에 대해 기술하고자 한다. 또한, 구조 설계자가 다양한 구조 재료와 구조 시스템을 선택할 경우 고층건물의 구조설계에 영향을 미치는 요소와 경제성을 연관지어 기술한다.
실제 관측된 강지진동을 이용하여 증폭요소 스펙트럼을 구하였으며 그 결과를 미국에서 개발된 표준응답 스펙트럼과 비교 및 분석하였다. 본 연구를 위하여 국내의 지진지체구조특성을 충분히 대표 가능한 지진을 선택하였으며 구체적으로 Miramichi, Nahanni, Saguenay 및 New Madrid Earthquake (19 수직성분, 36 수평성분)으로부터 관측된 강지진동을 증폭요소 스펙트럼 분석에 이용하였다. 국내의 지진지체구조특성을 충분히 대표 가능한 지진으로부터 강지진동을 처리하여 수평 및 수직성분에 대한 응답을 계산하고 응답결과를 각각의 성분에 대하여 실제 관측된 강지진동값과 비교를 통하여 증폭요소 스펙트럼을 구하였다. 구하여진 증폭요소 스펙트럼을 미국에서 개발된 표준응답 스펙트럼과 비교 분석한 결과 수평 및 수직성분 공통적으로 약 10Hz 이상의 대역에서 본 연구로부터 구하여진 증폭요소 스펙트럼이 표준응답 스펙트럼에서 제시된 값보다 더 초과하고 있음을 보여주었다. 이러한 결과는 국내의 지진지체구조를 대표하는 지진이 향후 발생하여 이 지진으로부터 관측가능한 강지진동을 이용하여 응답스펙트럼을 분석할 경우 특히 약 10Hz 이상의 대역에서 구하여진 증폭요소 스펙트럼이 표준응답 스펙트럼이 제시한 값보다 초과할 가능성이 있음을 의미한다.
본 연구는 철도역세권을 단순한 개발과 계획적 측면에서만 접근하지 않고, 실제 개발에 따른 도입 기능 및 프로그램이 지역의 발전과 주민 삶의 질에 어떠한 영향을 미치며, 궁극적으로 철도역세권 복합화를 통한 지역 활성화 방안에 대해 정책적 시사점을 제시해 보고자 하였다. 연구 방법은 역세권 주변 실거주민들을 대상으로 철도역세권 복합개발이 지역 활성화에 미치는 요소와 구조를 PLS 구조방정식을 활용해 실증 분석하였다. 분석 결과, 지역경제 활성화에는 마케팅 지원, 환승시스템 지원, 설계 및 디자인 지원, 복합용도 개발 지원, 법 제도 개선 등의 소프트웨어 요소들과 교통 기능, 정보교류 기능, 상업업무 기능, 주거 기능, 어메니티 기능 등의 하드웨어 요소들이 유효한 영향을 미치는 것으로 나타났다. 그리고 지역주민 삶의 질 측면에서는 하드웨어적 요소가 유효한 영향을 미치는 것으로 분석되었으나 소프트웨어적 요소나 네트워크적 요소는 유효한 영향을 미치지 못하는 것으로 나타났다. 이에 비해 네트워크 요소는 지역경제 활성화와 주민 삶의 질에 크게 기여하지 못하는 것으로 나타나 이에 관한 정책적 보완이 필요하다.
지반과 구조물의 상호작용을 해석하는 한 방법으로 지반을 무한의 영역으로 가정하여 이를 무한요소로 모델링한 후 구조물과 연동하여 해석하는 기법이 사용되었으나 하지만 기존의 동적 무한요소는 대부분 시간영역이 아닌 주파수 영역에서 정식화되었고 중첩의 원리가 적용되어 구조물이나 지반의 비선형 거동을 해석에 포함하기 어렵다. 본 연구에서는 시간영역에서 정식화가 가능하고 비선형 거동해석도 가능한 무한 요소를 개발하였다. 개발된 무한요소를 다량의 유한요소를 사용한 결과와 비교하여 정확도를 검증하였고, 비선형 지반모델을 적용하여 비선형해석이 가능함을 확인하였다. 따라서 개발된 무한요소를 지반-구조물 상호작용에 적용할 수 있으며, 이를 바탕으로 구조물내진 설계에도 활용할 수 있을 것으로 판단된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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